Proč LED světla potřebují chladiče?
Světelné-diody (LED) jsou polovodičová zařízení, která přeměňují elektrickou energii na světelnou energii, ale část elektrické energie se přeměňuje na tepelnou energii. Teplota, při které se tepelná energie přenáší ze světelných kuliček LED na desku PCB, se nazývá teplota přechodu a útlum světla nebo životnost LED přímo souvisí s teplotou jejího přechodu. Pokud není odvod tepla dobrý, teplota přechodu bude vysoká a životnost bude krátká. Proto pouze co nejrychlejším exportem tepelné energie lze účinně snížit teplotu LED světel. Napájecí zdroj lze chránit před provozem v prostředí s trvalou vysokou-teplotou a zabránit tak předčasnému stárnutí zdroje světla LED v důsledku dlouhodobé-prace při vysokých-teplotách.
Jak LED svítidla snižují teplo?
Za normálních podmínek existují tři způsoby přenosu tepla: vedení, proudění a sálání. Vedení znamená, že teplo mezi objekty, které jsou v přímém kontaktu, se přenáší z objektu s vyšší teplotou do objektu s nižší teplotou. Konvekční přenosy tepla využívají proudění tekutiny, zatímco sálání nevyžaduje žádné médium a vytápěný objekt uvolňuje teplo přímo do okolního prostoru.
V praktických aplikacích je hlavním měřítkem rozptylu tepla u vysoce výkonných LED svítidel -použití chladiče. Chladič přenáší teplo čipu do chladiče přesným kontaktem s povrchem čipu. Chladič je obvykle tepelný vodič s mnoha žebry. Jeho plně rozšířený povrch výrazně zvyšuje tepelné vyzařování a cirkulující vzduch může také odebírat více tepelné energie.
Podobně jako u nejzákladnějšího Ohmova zákona ve výpočtu obvodu má výpočet rozptylu tepla nejzákladnější vzorec
teplotní rozdíl=tepelný odpor * spotřeba energie
V případě chladiče se odpor uvolňování tepla mezi chladičem a okolním vzduchem stává tepelným odporem a velikost tepelného toku mezi chladičem a prostorem je reprezentována příkonem čipu. Tímto způsobem, díky tepelnému odporu, když tepelný tok proudí z chladiče do vzduchu, vzniká určitý teplotní rozdíl mezi chladičem a vzduchem, stejně jako proud procházející odporem generuje napětí. Podobně bude určitý tepelný odpor mezi chladičem a povrchem čipu. Jednotkou tepelného odporu je stupeň /W. Při výběru chladiče je kromě mechanických rozměrů nejdůležitějším parametrem tepelný odpor chladiče. Čím menší je tepelný odpor, tím silnější je schopnost radiátoru odvádět teplo.
Následuje příklad výpočtu tepelného odporu při návrhu obvodu:
Požadavky na design:
Výkon čipu 18,4W
Maximální teplota povrchu čipu nesmí překročit 85 stupňů
Okolní teplota (maximum) 45 stupňů
Tepelný odpor mezi chladičem a čipem je 0,1 stupně /W
Vypočítejte tepelný odpor R požadovaného radiátoru
(R plus 0.1)*18w=85 stupeň -45 stupňů, získat R=2 stupeň /W
Pouze když je tepelný odpor vybraného chladiče menší než 2 stupně /W, můžeme zajistit, že teplota přechodu čipů nepřekročí 85 stupňů. Samozřejmě, že je profesionálnější realizovat přesný výpočet prostřednictvím zařízení, což je také způsob, jakým se ubíráme.
jaké typy chladičů?
Kromě rychlého vedení tepla od zdroje tepla ke vzhledu chladiče je hlavní věcí každého chladiče vyzařovat teplo do okolí konvekcí a sáláním. Vedení tepla se zabývá pouze způsobem přenosu tepla a konvekce tepla je hlavní funkcí chladiče. Funkce chladiče je ovlivněna především schopností plochy odvodu tepla, tvarem a intenzitou přirozené konvekce. Tepelné záření je pouze pomocná funkce. Protože LED diody pracují s vysokým teplem, musí být použity hliníkové slitiny s vyšší tepelnou vodivostí. Obecně existují chladiče z lisovaného hliníku, chladiče z extrudovaného hliníku, chladiče z-litiny z hliníku, chladiče z hliníku kované za studena nebo za tepla.
Lisování hliníkových chladičů
Během výrobního procesu jsou kovová žebra vyražena a poté přivařena k základně. Ty se běžně používají v aplikacích osvětlení s nízkou spotřebou{0}. Lisovaný radiátor má výhody snadné automatizace výroby a nízké ceny. Největší nevýhodou je ale slabý výkon.Extrudované hliníkové chladiče
Většina chladičů je vyrobena z extrudovaného hliníku a tento proces je užitečný pro většinu aplikací. Je to levné a lze snadno specifikovat specifikace. Hlavní nevýhodou extrudovaných radiátorů je, že velikost je omezena maximální šířkou extruze.Hliníkové chladiče-odlévané pod tlakem
V současnosti je nejběžnější volbou s tepelnou vodivostí 70-90W/mK, vysokou tepelnou účinností, variabilními tvary a snadnou mechanizací a automatizací. Chladič z tlakově litého hliníku je omezen na silnější žebra, takže je ideální pro aplikace s přirozenou konvekcí.Chladiče z hliníku kované za studena nebo za tepla
Kované radiátory se vyrábějí lisováním hliníku nebo mědi a mají mnoho aplikací. Radiátor může být kovaný za studena nebo za tepla. Tyto produkty mají dobrou tepelnou vodivost, mnoho možností výběru materiálů, dobrou strukturu rozptylu tepla, malé rozměry a nízkou hmotnost. Jejich výroba je však nákladná.
Chladiče pro výrobce BW osvětlení
Výběr radiátoru závisí na konkrétní situaci výkonu každé části výrobku. Nejčastěji používáme chladiče z-hliníkového odlitku pro LED pouliční osvětlení, LED plošná svítidla, LED svítidla s vysokými poli, reflektory a nástěnná svítidla. Některé produkty solárního osvětlení používají tlakově litý hliník a některé používají extrudované hliníkové radiátory. Led stadionová světla mají relativně vysoký výkon a vysoké požadavky na odvod tepla, takže jsou zvoleny chladiče z hliníku kované za studena-.
